太陽能無人機(jī)，未來的“天網(wǎng)”平臺？

胡延平

2016年6月29日，F(xiàn)acebook太陽能無人機(jī)Aquila在亞利桑那州完成首次試飛。原計(jì)劃飛行30分鐘，由于進(jìn)展順利，最終飛行了96分鐘，成功收集了與模式、飛機(jī)架構(gòu)有關(guān)的飛行數(shù)據(jù)。在以無人機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)平臺的方向，F(xiàn)acebook成功地邁出一大步。兩年前收購英國太陽能無人機(jī)研發(fā)企業(yè)Ascenta之后成立的ProjectAquila項(xiàng)目，給Facebook的internet.org計(jì)劃成功帶來“巨大里程碑”。Internet.org是Facebook CEO扎克伯格著力甚多的未來項(xiàng)目，目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)連接世界上的每個人。尤其是尚未接入網(wǎng)絡(luò)的40億人——貧困、偏遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)狀況比較差甚至沒有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)的人們。

Internet.org多方努力，與手機(jī)廠商和運(yùn)營商合作，F(xiàn)ree Basics項(xiàng)目免費(fèi)為民眾提供三百多項(xiàng)簡化的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。名為“ConnectivityLab”的部門也因Internet.org項(xiàng)目而成立，專門負(fù)責(zé)尋找激光、無人機(jī)等網(wǎng)絡(luò)通訊新方法，包括將人工智能與上網(wǎng)服務(wù)結(jié)合起來，并最大限度地推進(jìn)上網(wǎng)技術(shù)的開源、開放與共享。Internet.org的目標(biāo)是將互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量增加10倍，將上網(wǎng)價格降到目前十分之一水平。

這時候有人說了，F(xiàn)acebook式的激光通信要變成可以規(guī)?；瘧?yīng)用的商業(yè)項(xiàng)目需要十年?？墒悄怯衷鯓?，F(xiàn)acebook還是出發(fā)了。成功首飛的Aquila有和波音737一樣長的43米的翼展，機(jī)身重量約454公斤，相當(dāng)于載人客機(jī)的百分之一；由氦氣球提升至氣候環(huán)境穩(wěn)定的平流層，Aquila白天飛行于27432米左右，避開飛機(jī)航線高度，吸收和貯存太陽能；晚上飛行于18288米以節(jié)約電能。Facebook的目標(biāo)是Aquila太陽能一次可以在高空自持飛行90天。90天？聽起來這個數(shù)字挺駭人，甚至聳人聽聞，但未來這是可行的。這里又是一個能量密度、材料尺度等涉及9度理論的問題。

Facebook有意未來在全球各地的天空部署1000架甚至10000架這樣的無人機(jī)，每架無人機(jī)在直徑60英里（1英里=1609.344米）范圍內(nèi)來回轉(zhuǎn)圈。這么多無人機(jī)在天上轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去不是為了刷存在感，而是提供普遍的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。這個時候激光通信技術(shù)就派上用場了，“Connectivity Lab”的負(fù)責(zé)人表示，他們的激光通信數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到10Gbps，近乎地面光纖水平，是標(biāo)準(zhǔn)激光信號的約10倍。通信過程是，地面母基站與無人機(jī)之間進(jìn)行激光與電磁通訊，無人機(jī)也可將信號通過激光發(fā)送到其他無人機(jī)進(jìn)行中繼。機(jī)群將激光光束向下發(fā)送到地面子基站的收發(fā)器，以收發(fā)器為圓心，網(wǎng)絡(luò)信號可以覆蓋半徑30英里的地區(qū)以便上網(wǎng)。系統(tǒng)會將信號轉(zhuǎn)化為WiFi或者4G、5G網(wǎng)絡(luò)。

這個時候問題來了，ProjectAquila說白了還是需要地面子基站的，無人機(jī)只是發(fā)揮了類似傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)的作用，這就還不如傳統(tǒng)衛(wèi)星通訊服務(wù)商Iridium的老思路了，后者至少全程都是在空中，以每個人都可以使用衛(wèi)星手機(jī)為目標(biāo)啊。Iridium的衛(wèi)星在太空，Aquila無人機(jī)在大氣層內(nèi)距地面20公里左右的平流層，電離層之下，理論上Aquila是可以直接做空中基站，省去地面基站環(huán)節(jié)，但是這樣一來，重量僅僅454公斤的Aquila怎么能夠受得了重量遠(yuǎn)在自身之上的收發(fā)設(shè)備，又怎么能夠僅靠太陽能飛行90天不掉下來，還能夠進(jìn)行能耗巨大的天地通訊，地面上網(wǎng)設(shè)備比如手機(jī)的天線之類的一整套東西也要跟著制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)了。到這里，又是一個能量密度、連接密度、材料尺度等涉及9度理論的問題，但并非不可逾越。

Free Basics已經(jīng)為地球不同角落的上千萬民眾提供了互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，但是如同在印度、埃及等國家招到一些政府和民間組織的強(qiáng)烈反對一樣，ProjectAquila在全球各地面臨的阻力不會比空氣的飛行阻力小。在印度，F(xiàn)ree Basics甚至被禁止。那些或援引既有法律，或以網(wǎng)絡(luò)中立原則或稅收問題阻止，或振振有詞或冠冕堂皇的反對理由，也許沒有一項(xiàng)是站得住腳的，但是觸及傳統(tǒng)利益，就會招致傳統(tǒng)力量的反對，更何況這一次無人機(jī)要飛臨的是傳統(tǒng)主權(quán)國家的邊界。相比之下，頻譜資源不是最大的那個問題。

在太陽能無人機(jī)天空互聯(lián)技術(shù)的探索者中，還有波音公司、AT&T、英特爾、空客公司、ZephyrS/T等大大小小的企業(yè)和團(tuán)隊(duì)。Google也沒有落后，在美國新墨西哥州的美國太空港逾15000平方英尺（1英尺≈0.305米）的機(jī)坪上，Google正在進(jìn)行著一項(xiàng)名為Project SkyBender的新計(jì)劃，同樣是采用無人機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)平臺，不同的是Google采用未來高速無線通訊技術(shù)之一的毫米波通訊技術(shù)，號稱比4G LTE傳輸速度快40 倍，甚至可能成為5G網(wǎng)絡(luò)通訊骨干，Project SkyBender因此頗有空中5G網(wǎng)絡(luò)平臺的意思。

氣球的可靠性雖然有待觀察，但也已經(jīng)被作為空中網(wǎng)絡(luò)平臺的探索方向之一。Google在進(jìn)行的Project Loon和Project SkyBender同屬一個項(xiàng)目，它將高空聚乙烯氦氣球送入平流層作為基站，形成網(wǎng)絡(luò)覆蓋，將互聯(lián)網(wǎng)帶到地球各個角落。Project Loon的氣球高度約為商務(wù)飛機(jī)的兩倍，已進(jìn)行的試驗(yàn)?zāi)軌蛟诟呖胀Ａ?80天以上。

WiFi飛艇Google也有在嘗試。中國的北京航空航天大學(xué)正在實(shí)驗(yàn)臨近空間飛艇，以此實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。中國深圳的光啟公司，就是投資入股新西蘭研發(fā)個人飛行器的Martin公司的那家民企，他們號稱“云端號”WiFi飛艇已經(jīng)進(jìn)行初步測試，不過其技術(shù)細(xì)節(jié)還需要推敲。總體看來，氣球和飛艇在未來天空互聯(lián)網(wǎng)中的位置，屬于處在補(bǔ)充、次要地位的網(wǎng)絡(luò)平臺。